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西北t 业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 摘要 移动通信技术因其移动性、自由性、不受时间与地点限制等特性，已深刻改 变了人们的生活和思维方式。人们对网络的需求不断增加，希望能够在任何时间、 任何地点与任何人进行包括数据、语音、图像的多媒体通信。无线数据通信是下 一步发展的重点已是不争的事实。从另一个角度，这也可看成因特网向无线方向 的延伸。 i c d m a 技术也称i n t e r n e tc d m a 技术，是一项基于i n t e r n e t 的移动宽带技 术。本论文在深入研究i c d m a 系统的基础上，结合天邑亚斯康公司在深圳进行的 移动宽带互联网项目，提出了i c d m a 移动宽带互联网的网络规划、设计的原则； 以及利用现有条件和设旌，在深圳市设计、规划i c d m a 网络的初步规划方案。预 设计方案得到公司技术部门和运营商的首肯，为建设大规模网络做好前期准备。 关键词：i c d m a 协议信道路由链路预算容量覆盖 耍韭三、业_ 大兰堡主丝壅! 整垫童堂兰壁旦! ：! ! 型垒鳖达查壅塑堕塞兰壅塑 a b s t r a c t f o ri t sm o b i l i t ya n df a c i l i t y ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a sc h a n g e dp e o p l e s l i v e s ，p e o p l e sn e e d sf o rn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nk e e pi n c r e a s i n g i ti sh o p e d t oe f f e c t m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ，i n c l u d i n gd a t a ，v o i c ea n di m a g e ，a n y t i m e ，a n y w h e r ea n d w i t ha n yp e r s o n w i r e l e s sd a t ac o m m u n i c a t i o nh a sg o tt h ep r i o r i t yi nf u t u r e i n t e m e tc d m a t e c h n o l o g y i san e w t e c h n o l o g y w i t h1 2 5 m h zf d d b a n d w i d t h ，m o b i l e s p e c t r u mc o m p a t i b i l i t y ，b r o a d b a n da i ri n t e r f a c ea n di n f r a s t r u c t u r et e c h n o l o g y ，w h i c h w a sd e v e l o p e db yt a n t i v y i tc a nb eo p e r a t e do v e re x i s t i n gp c so rc e l l u l a rn e t w o r kt o s u p p o r t b r o a d b a n dd a t ar a t e sf o rw i r e l e s su s e t h ec o n s i s t i n gp r i n c i p l e sa n dk e yt e c h n o l o g i e so fi - c d m as y s t e mw e r ea n a l y z e di n t h i st h e s i s 。s p e c i a la t t e n t i o nw a sp a i dt os t u d yt h ed e s i g n i n gp r i n c i p l eo fi - c d m a n e t w o r ki nt h ea s p e c t so fr f d e s i g na n d d a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r kd e s i g n ，b a s e do n t h em o b i l ew i r e l e s sb r o a d b a n dp r o j e c to ft y a s i c ，a p r e l i m i n a r yd e s i g np r o p o s a la n d r e l a t i v et e s tp l a nf o rt h ec i t yo fs h e n z h e nw e r ef i n j s h e d k e y w o r d ：i - c d m a p o t o c o lc h a n n e lr o u tl i n k b u d g e tc a p a c i t yc o v e r a g e i i 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 第一章绪论 1 1 项目的背景与意义 现代通信技术的发展历程可分解为二条主线：以通信内容为中心的通信能力 的发展，包括信息的传输能力和信息的传输范围的发展，它的代表是因特网；以个 人为中一心的通信模式的发展，最重要的就是从有线到无线的通信模式的发展，这 一发展实际上是一种在通信模式上质的突破，它的代表是移动通信。 目前移动通信和因特网已经成为支柱产业，它们的网络覆盖愈来愈大。传输 速率越来越快。几乎最新的信息、通信、电子、计算机方面的新技术，都最先为 这两大支柱产业吸收和采纳进而成为风靡全球的高新技术和新兴产业。 自7 0 年代末第一代模拟蜂窝移动通讯系统问世以来，蜂窝移动通信在技术和 市场两方面都取得了较大的发展。现有的g s m 和c d m a 业务发展迅猛，第三代( 3 g ) 移动通讯系统备受关注。移动通信技术因具有移动性、自由性、不受时间与地点 限制等特性，正深刻改变着人们的生活和思维方式。 另一方面，互联网这个高速数据网络集，通过i p 协议在网络层进行互联，使 用户不用关心特性各异的内部网络和路由等细节问题，解决了异构网的互通互联 问题，在全球范围内实现了资源共享。因特网的触角已渐渐深入到人们r 常生活 的方方面面，也直接导致了计算机网、电信网、电视网的三网融合和信息共享。 当现代通信技术沿着两条主线发展到一定程度时，必然会发生这两个发展趋 势的交融与融合。如何将移动通讯技术与互联网技术相结合，在实现不受信息源 和用户访问位置限制的同时，以统一的标准向用户提供无处不在的个性化信息网 络服务，是目前的一个研究热点，其在军事及商用领域都有着极大的应用前景。 无线与数据的融合，也就是个人化的通信模式和宽带的通信能力以及丰富的通信 内容的融合，它的优势和特色就在于：能够传送不同业务要求的高速数据，能方 便就近接入因特网，能支持用户漫游和移动。 移动宽带互联网最重要的意义就在于它把锁定在一个个固定站点中的信息释 放到时空中去，每一个活动的个体都成为移动的网络节点，可以随时随地获取所 需信息。基于移动互联网平台展开的各种业务，在个性化、实用化，以及时间和 位置的高度灵活性上独具优势，将创造一种全新的个性化服务理念和商业运作模 式，为不同用户群体量身定制多种差异化的信息，用户可以自由自在地控制所享 受服务的内容、时间和方式等。移动通信技术本身具有的安全和保密性能与互联 网上广泛采用的电子签名、认证等安全协议相结合，为用户提供服务的安全性保 证。移动互联网可以在最大程度上实现社会资源更自由，更大范围的调配和更快 垦苎王些奎兰堡主笙茎! 整垄童翌三壁堕! ：! 旦坠堡盗查墨塑堕塑兰塞翌 速、更便捷的沟通，它必将影响未来信息社会人们数字化生活中方方面面的需求。 目前发展移动无线互联网主要是从蜂窝移动电话向移动数据业务演化，从第 二代( 2 g ) g s m ( c d m a ) 移动通信经过2 5 g 的g p r s ( c d m a 1 x ) 向第三代( 3 g ) 的 w c d m a ( c d m a 2 0 0 0 ) 演化。但是现在的3 g 系统商业化进程一再推迟，一些运营商和设 备制造商强调上述逐步演化过程来保护他们的利益，这可能会延缓移动无线互联 网的发展，更使3 g 系统的成本居高不下，对用户不利。目前又出现了另外一种可 能，通过为窄带的移动语音网络叠加宽带移动数据接入网络，从而完成向移动无 线互联网演化。 从发展看，移动无线互联网和固定互联网将拥有统一的i p 核心网( 广域网、 城域网) 、接入服务器，管理和计费系统。采用不同空中接口以满足不同要求，由 于接入网的i p 化，采用不同空中接口的无线接入网可以无缝地连接到统一的 i p 核心网。竞争的运营商可以利用其己经有的移动语音网络资源建设发展宽带 无线移动互联网，并且可以以极低成本在其上提供新话音和多媒体业务。 1 2 项目的来源与目的 天邑亚斯康通讯( 成都) 有限公司是联通一期i s 一9 5c o m a 网络建设中标单位， 有良好的资金实力及业界背景，他希望能拓展其在无线宽带领域的业务。在对业 界技术的动态追踪中，了解到i n t e r n e tc d 姒技术( i c d 姒) 。i cd _ 姒技术是一项 移动宽带互联网技术，与业界涌现的多种移动互联网解决方案相比，在速率、移 动性、及投资回报上有很大优势。在与客户的沟通中，深圳电信和四川艾普网络 都表现了浓厚的兴趣。天邑亚斯康通讯( 成都) 有限公司希望以此项目为契机进 入通信领域的核心地带，成为集研发、生产、系统集成为一体的全业务通信公司。 接入网技术的研究和实验是深圳电信公司战略部署的重点，在深圳各类数据 业务和电子商务应用与网络速率不够的矛盾非常突出，作为直接面向最终用户的 网络环节，接入网已从“最后一公里”演变为“第一公里”，其重要性对于当今的 电信运营商来说是不言而喻的。 深圳电信对i c d l d a 技术表示了尤为浓厚的兴趣，希望共同合作对此项技术做 更深入的研究，并尽快在深圳当地开设实验局。如果可行，将正式立项并展开大规 模网络建设，成为移动互联网方面业界领先的运营商。 本项目由天邑亚斯康通讯( 成都) 有限公司组成专门的项目小组，结合深圳 电信的实际网络状况，研究与实现利用i c d m a 技术在深圳搭建移动宽带数据接入 网。本课题是结合此项目完成的。整个项目分两大部分，预研与正式实施。本课 题是第一阶段预研部分。 此项目的预研与实施，也是我国在宽带移动无线互联网领域的积极探索，对我 2 西北t 业大学硕七论文；移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实理 国在此领域的发展有有重大实际意义。 1 3 课题的主要工作 本项目是结合天邑亚斯康公司的移动宽带互联网项目进行的，其主要工作是 在深入研究i c d m a 系统的基础上，结合移动语音网络的规划原理和实施经验，数 据网络的设计原理，提出i c d m a 叠加网络设计规划的系统实现方案，并设计出实 验局的整体实施方案。 该项目研究、设计和实施方案的主要内容由以下章节介绍： 第二章介绍i c d 淞系统的组成。着重介绍i c d 雌系统能实现的性 能，i - c d m a 系统的重要组成部分及各自的特点：旨在对i c d 淞系统做全 面阐述，为进一步研究做准备。 第三章主要讨论i c d m a 系统的空中接口与关键技术：按物理层、链路层、 网络层的顺序展开进行深入探讨。对物理层的讨论着重放在对物理信 道结构的详细讨论上，这是i c d 鼢系统空中接口技术的关键；对链路 层的讨论通过信号在链路层的具体过程展开；对网络层的讨论集中在 i c d m a 系统所能实现的网络功能与具体实现上。本章是进行网络规划 设计尤其是无线部分规划设计的重要理论依据。 第四章阐释i - c d 4 a 系统的协议操作流程，利用协议模型视图，从网络操 作启动开始，对涉及的协议进行讨论。本章是进行数据网络设计的重 要理论依据。 第五章针对深圳i c d m a 移动数据网络项目，在移动宽带数据网络的规划、 设计上做了较深入的探讨，提出了移动宽带数据网络设计的思想并完 成了深圳市初步的i c d k a 网络规划。预设计方案得到了公司技术部与 运营商的肯定。 第六章设计了试验局测试方案，阐述测试目的与测试思路。开设试验局是 为了验证系统性能，提供实测数据用以修正预设计方案，以期取得最 佳组网效果。 从技术含量看，i c d m a 网络既是接入网又是移动网，涉及用户漫游和越区切 换，涉及移动i p 技术、安全技术、软件无线电技术、全i p 网络的软切换技术等 许多新技术，还涵盖了现在广泛应用于无线通信领域与数据网络领域的众多应用 技术，有较高的理论价值。在实际应用方面具有高效、灵活、扩展性好、投资回 报高的优点，具有较高的实用价值。 由于移动宽带互联网是当前最为先进的技术，在国内实现上尚无先例，可借 1 西北t 业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 鉴和参考的经验及资料极少，所以虽然精心进行了系统网络规划方案的设计，但 与实际情况尚有距离，需要在此基础上根据实际应用过程中环境、用户数、业务 量、用户需求、技术发展等的情况对设计做进一步的完善。 1 4 小结 本章在查找、搜集、阅读和理解有关资料的基础上，说明了课题的意义、背 景、来源，介绍了项目研究、设计所涉及的相关内容。对整篇论文的全貌做了概 要交代。 4 亘! ! 三些查兰堡主堡塞! 望垫童堂兰壁塑! ：! 旦望垒堡盗塑壅堕婴墨兰茎翌一 第二章l _ c d m a 移动互联系统总体说明 2 1 概述 移动通信延循两种主要的移动通信体制发展：一种是t d m a 体制，另一种是 c d m a 体制。t d m a 体制的典型代表是欧洲的g s m 系统，c d m a 体制的典型代 表是美国的i s 一9 5 系统。它们同属2 代系统，目前在世界各地的移动语音网络得 到广泛应用。 随着无线通信市场的进一步扩大，无线i n t e m e t 接入和多媒体通信的需求， 无线通信要求大大提高传输速率来实现高速无线数据传输，并进一步提高频谱利 用率以容纳更多用户。第二代移动通信系统已不适应新业务发展的要求，新一代 移动通信系统的研究和发展成为热点。考虑利用上二代网络上的投资和应用，于 是出现了延循两种体制分别发展了2 5 代、3 代系统。延g s m 系统发展的2 5 代 g p r s 系统能实现的理论数据速率为1 1 5 k b p s ，实际中的应用速率约为2 5 k 左右， 再向3 代系统演进采用w c d m a 技术，能达到2 4 m 左右的理论数据速率。延i s 9 5 系统发展的2 5 代c d m a1 x 系统能实现的理论速率为1 4 4 k b p s ，实际中的应用速 率约为3 0 k 左右，再向3 代演进采用c d m a 2 0 0 0 系统，又可分为c d m a 2 0 0 0 1 x e v d o ( 利用单一载波传送高速率数据) 和c d m a 2 0 0 01 x e v d v 。另一种3 代系统是我国的t d s c d m a 系统。 c d m a 技术得到越来越多的应用，并且在3 代系统中得到全面使用。采用 c d m a 技术的主要原因是其高频谱效率，它可以将处于相同时隙和频率的信号分 离开来，所有的信号共享相同的频谱。另外系统关键部分的设计，如功率控制 ( p o w e r c o n t r 0 1 ) 和软切换( s o t r h a n d o f f ) 在实现并增大系统容量的同时，保证传 输质量。而调制方式更使c d m a 系统具有动态容量及保密性好的优点。 i - c d m a ( i n t e m e tc d m a ) 系统属c d m a 体制，由美国t a n t i v y 公司独立研制。 旨在使用户能在移动的状态下以高速数据传输速率接入互联网。在系统设计上 t a n t i v y 公司获得多项技术专利，从无线数据业务的角度看系统已部分提供3 g 功 能，i c d m a 系统与x d s l 的数据速率相似，能充分满足用户任意时间、任意地点 接入因特网的需求。系统结构与1 x e v d o 类似，但系统性能要优于它。 2 2i c d m a 系统性能 一个移动通信网络，需要完成多点之间的信息传输，应能容纳众多的用户。 根据网络所起的作用，我们对移动数据网络系统性能的主要关注点，是系统能够 支持的用户数量、用户能以什么样的速率接入网络以及小区的覆盖范围。系统采 堕! ! 三些奎兰堡主堡壅! 鳖垫壅堂皇壁堕! ：! 里坐坚盗查塞堕堕垄皇壅堡一 用的技术和结构设计，例如是采用时分多址技术还是码分多址技术、采用多大带 宽、基站的同步方式、码以及码片速率等等，这些是决定系统性能的关键因素， 是对系统所能达到的容量、覆盖、速率进行理论分析和理论值推导的依据。实际 应用水平还与具体环境，网络设计甚至各个厂家的产品质量等诸多因素有关。 在采用c d m a 制式的i - c d m a 系统中，容量的一个简单定义是系统能够支持 的用户数量。发射功率的限制和系统自身的干扰最终限制了1 - c d m a 系统的容量。 当用户设备没有足够的发射功率去克服来自其他用户设备的干扰，从而达到基站 所要求的比特能量与干扰功率谱密度之比时，反向链路达到容量极限。与此类似， 在前向链路上，为了满足用户设备接收机处的比特能量与干扰功率谱密度之比而 向小区内所有基站发送的功率之总和超过基站的额定功率时，容量达到极限。因 此，i - c d m a 系统覆盖所及的范围由能够满足比特能量与干扰功率谱密度比值要 求的地区组成。 用户设备接入网络之前，必须在不同的i - c d m a 基站之间选出最强的导频。 导频信道同时也辅助进行切换操作。因此，i - c d m a 覆盖所及的范围由能够满足 导频码片能量与噪声加干扰功率谱密度之和的比值要求的地区组成。 因特网通信统计表明，接入网络的个人一般仅使用了1 0 链路时间，这意味 着一个典型的数据处理中链路有“9 0 ”的“空”( d e a d ) 的空间时间。i - c d m a 系统采用新的基于分组的高速无线交换技术，使“空”信道能很快再分配给新的 用户，因而尽量减少了空闲空间和增加系统容量。例如，当某用户正在阅读网页 时，业务信道可以再分配：然后另一用户利用此容量，并且这对第一位用户的感 知数据率几乎无影响。从实际测试来看，i c d m a 系统交换和多路复用速度明显快 于( 以数量级计) 迄今为止的其它3 g 方案。 卜c d m a 系统在用户调制解调器中集成了智能天线技术，这项技术的应用，有 利于限制系统干扰和使接收载波信号最优化，有利于系统在室内和基站覆盖的边 沿地区支持宽带速度。这使i c d m a 系统的覆盖能力大大提高，一个无线基站能为 更多用户服务。在实际应用中城市中心地带小区覆盖半径可达3 公里。 系统支持1 9 j f f b p s 的峰值速率，每用户的平均数据速率达3 6 5 k b p s ：实际应 用中下行数据速率可达到3 6 5 k b p s ，上行数据速率可达到2 2 1 k b p s 。系统支持正向 和反向链路的宽带速率，允许用大附件发送e - m a i l 、下载m p e g 文件、连接数字 相机以及在无线因特网上浏览全部内容的网页等一系列全新的无线宽带应用。考 虑到大量用户可能会经常处于蜂窝边沿，系统通过对服务速率的定义限制小区内 部速率，提供足够的预算为小区边界提供相似的速率。每3 扇区小区约可容纳1 0 0 0 名用户，平均数据速率为2 5 6 k b p s ，每扇区可容纳的同时在线用户，即实时用户为 6 西北丁业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 9 6 。这样的容量和数据传输速率是其它技术无法匹及的。 2 3i c d m a 系统组成 i c d m a 系统由基站路由器、用户单元、系统管理设备组成。基站路由器经标 准接口与承载网络连接，用户单元中内罱智能天线设备解调i c d m a 空中接口信 图2 1i c d m a 系统组成图 从图2 1 可以看出，首先为用户设备( u d ：u s e rd i v i c e ) 连上接入单元 ( a t ：a c c e s st e m i n a l ) ，然后通过i c d 凇空中接口连接基站路由器( b s r ：b a s e s t a t i o nr o u t e r ) 。用户设备可以是个人p c 、手机、p d a 等，接入单元通过以太网 接口连到用户设备上。在以下章节中将u d 和a t 统称为t a u 。 b s r 通过运营商的i p 核心网接入互联网，无线因特网管理设备( w l f ：w i r e l e s s i n t e r n e tf a c i l i t y ) 也通过此i p 核心网实现对i c d m a 网络的管理。 2 3 1 用户接入单元( t a u ) t a u 的特征是拥有一个智能天线，它提供重要的递增链路增益，减少了紧邻 的蜂窝基站干扰和多径效应，并且增加了整个系统容量和蜂窝边沿的数据速率。 t a u 基于j - s t d 一9 5 数字标准，兼容于c d m ar f 链路和基站通信，由于智能天线技 术的使用，用户有更好的室内性能，能提供优秀的反向链路数据速率和更好的建 筑物内渗透率，也拓展了蜂窝站点的范围。能在广阔的范围内提供有效的无线用 7 西北t 业犬学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 户服务，为网络用户和个体消费者提供固定和便携式高速无线接入。 t a u 设计基于象h t m l 、p c m c i a 、u s b 和以太网这样的因特网业界标准。这样 用户能对现存的p c ，膝上电脑和p d a 环境进行即插即用操作。t a u 装配了一个自 备的屏幕，这使得用户初始准备的时间最小化。 为了更好地说明t a u 的特性，用表2 1 简要概括t a u 的性能 表2 1t a u 的性能 特征优点 高速快速下载，高的生产率 宽范围比现存蜂窝手机范围更宽 永远在线能力不用拨号，没有忙信号，快速接入互连 便携式或者室外能用在蜂窝站覆盖的地方，无论是家中还是办公室，不用 连接到电缆接u 或者手机接口 兼容性能用在几乎所有的因特网操作系统和p c 机e 标准p c 接i j使用简单，能快速安装 2 3 2 基站路由器( b s r ) 基站路由器( b s r ) 设计融合了无线宽带因特网接入技术，并将之应用到更广 泛的无线因特网接入设备中。b s r 设计灵活，它能用在全新的网络中，也易于添加 到现存的i s 一9 5c d m a 系统和p c s 网络中。 b s r 基本上是一个无线路由器，基于c d m a 和因特网协议标准，b s r 能通过现 存的基站天线为终端用户提供高速率无线因特网接入、支持以太网、t i e i 和a t m 等，这样可以很容易、很简单地进行网络的安装、配置和拓扑改变。这也可以使无 线运营商以最有效用户通信路由到因特网服务供应商的业务方式，提供宽带因特 网服务业务。用户能继续使用现存的i s p 的e - m a i l 和w e b 页帐户，可以切换运营 商，也可免费使用像y a h o o 或者m s n 等因特网业务。 b s r 基站管理从空中接口到达因特网协议层的所有数据通信业务。b s r 的核心 是一信号处理器( t s p ) 。t s p 优化用户设备和因特网之间的信息流动。它也有一 套完整的功能集，包括新用户的检测和验证以及将带宽动态分配给用户和路由。 它也支持基于服务的类别( 优化，标准，基本) 或者对一个给定的数据传输会话 所要求的实际速率的多等级速率来提供最有效的速率给用户。 基于互操作的重要性，b s r 遵循因特网业界标准和协议。b s r 并不独立于任何 一个特定的物理连接介质，并能很容易使用象t l 、e l 和a t m 这样的任何标准的 w a n 连接。t a n t i v y 的b s r 合并了c d m a 的射频( r f ) 链路，遵从p c s 技术的j s t d - - 1 8 和1 9 数字标准以及t a n t i v y 公司主导的i - - c d i l a 协议。 8 两北工业大学硕士论文；移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 2 3 3 无线因特网管理设备( w i f ) w i f 是i c d m , a 系统的管理和控制实体。w i f 提供用户接入因特网的注册和验 证。w l f 提供整个业务管理和网络运行及维护( o m ) 功能。基于简单网络管理协 议( s n m p ) 。 w i f 接收从无线路由器收发器基站( b s r ) 传来的用户因特网协议( i p ) 数据， 并将其路由到正确的因特网服务供应商( i s p ) ，提供永远在线的、高速移动互联 网接入。w l f 提供实时接入管理服务。 和其他网络组件的主要关键技术类似，w i f 也是基于业界通用技术标准( s n m p 、 c o r b a ，t c p i p 、a t m 、t 1 e 1 、 e t h e r n e t 、 o p e nv i e w ， i p d r ，3 g p p 2 ，a 1 i p 等) ，并优化宽带c d m a 移动互联网接入。 w i f 的重要作用体现在三个方面： 位置注册( t l r ) 它为i c d m a 系统提供接入管理和验证。所有有效的用户必须通过注册才能 使用网络。从而确保对帐单、速率、安全的控制得到执行。 用户管理( t s m ) 管理用户的w e b 服务器应用，对不同的用户可有不同的配置和服务的类别。 网元管理系统( t e m s ) 基于u n i x 的服务器，使用c o r b a 和s n m p 标准监控所有网元的告警状态，t e m s 提供基于故障，性能和配置管理( f m 、p m 、c m ) 的电信管理网络( t m n ) 。它 包括服务质量( o o s ) 统计、实时诊断能力、图形化警告显示、在线网络性 能图、在线用户性能和活动图以及远程软件下载管理。w i f 允许设定配置参 数、诊断执行、软件下载和运行维护数据收集。t e m s 也提供接口连接到更高 等级管理运行支持系统( o s s ) 。 无线因特网管理设备为i c d m a 无线因特网网络提供接入控制，安全和管理 实体。它提供用户注册和验证以及通过简单网络管理协议( s n m p ) 对整个网 络进行监控和控制。 所有的i c d m a 系统组件使用不同的方法( 例如t 1 e 1 或者a t m ) ，通过一个 标准的商业路由器连接到运营商网络上去。i c d m a 网络也提供其所有网元之 间的连接，对客户地址域之间的隔离，网络管理，客户问题的隔离，可靠性， 动态路由，可移植性以及提供通过s n m p 对所有i - c d m a 组件进行管理。 9 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 2 4 小结 i c d m a 技术是一项以因特网为视角的宽带移动互联网技术，提供与x d s l 相 似的数据速率，能充分满足用户的任意时间、任意地点接入因特网的需求。它符 合w w i n a 标准体系，总的设计指导思想是为现有移动语音网络建设叠加网，使运 营商的移动语音网络具备移动语音、移动宽带数据双重功能。具有技术先进性并 能充分利用现有网络的设施。 从通信系统和通信网络的发展看，有前景的新技术并不一定能保证很快普及 和应用，业务类型、服务对象及技术实施的性价比都是影响商业应用的重要因素。 i c d m a 技术使用单独1 2 5 m h z 带宽，容易与任何现有c d m a 网络综合，也很方便 成为g s m 、6 p r s 网络的叠加网，还能作为一种全新无线网络铺开。由于系统设计 为一种“叠加”技术，其有明显的经济优势，使采纳者不必从头开始另建一新网 络。技术先进、投资最省，i c d m a 技术有着非常诱人的市场前景。 本章概要介绍i c d m a 系统的技术背景、技术来源，阐述i c d m a 系统组成及 系统性能。为进一步研究做准备。 l o 堕韭王些查兰堕主笙壅：堡垫童堂三壁塑! 墨旦翌垒竖堡查茎塑婴塑兰窒坠 第三章i c d m a 系统空中接口与关键技术 3 1 概述 用户设备与b s r 之间的接口连接采用i c d m a 空中接口，开放接口的标准化 使得系统的不同部分可以独立开发设计，任何符合接口要求的终端和网络设备都 可以在系统中正常运行。为了突出空中无线接口的特性，图3 1 给出了一个更清 晰的与o s i 相对应的接口模型示意图。 l 一 图3 1i c 隘a 空中接口 系统空中接口采用i c d m a 无线传输技术，分3 个协议层：l l 、l 2 和l 3 ，分别 对应o s i 参考模型的物理层、链路层和物理层。层1 ( 物理层) 和层2 ( 链路层) 的两个子层共同为用户数据提供承载。其中链路层又被分为媒体接入控制和无线 链路控制。 从图3 1 还可以看到，l a c 与m a c 之间、m a c 与物理层之间、l a c 与网络层之 间都有控制接口，这些控制接口使得l a c 可以控制底层实体的配置。 在移动通信系统中，用户的位置是随时变化的，这就造成了t a u 和网络之间 连接的移动性，因而数据的传输也就不再是连续的了。另外由于无线电传播环境 的恶劣性，不可避免会造成数据的丢失，因此如何避免丢失、保证数据能可靠传 输就是一个必须要考虑的问题。 在t a u 的连接保持不变的情况下，要求b s r 防止数据丢失( 例如当无线接口 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 下面各节根据其技术特性，将按物理层、链路层、网络层的顺序展开深入讨 论。 3 2i c d m a 物理层 物理层为m a c 和高层提供了信息传输服务，m a c 是通过它提供的传输信道来 使用这种服务的。物理层的数据传输服务可以通过其业务在空中传输的方式和特 点，即传输信道进行描述。 3 2 1 传输信道与物理信道 传输信道大致可以分为公共传输信道和专用传输信道两类。公共传输信道需 要对特定的用户设备进行带内识别，且被许多用户设备共享。而专用传输信道对 用户设备的识别是通过物理信道来区分的，在特定时间被分配给专门用户。传输 信道是物理层提供给上层的服务接入点。 只能通过传输信道来接入。 专用传输信道只有一种，即d c h ， 网络和移动台之间传输用户及控制信息， 上层如果要使用物理层提供的服务，就 包括上行和下行专用传输信道，用来在 图3 2 给出系统物理信道模型。 前向开销信道 反向业务信道 7 图3 2i - c d m a 系统物理信道模型 图中蓝色表示的是共享信道，统称为开销信道；红色表示专用信道。图中还 1 2 两北t 业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的研究与实现 图中蓝色表示的是共享信道，统称为开销信道；红色表示专用信道。图中还 清晰地标出了各信道的主要作用。 以抽象的物理层高层模型来看，传输信道是能够映射到物理信道上的。传输 信道上的数据经过编码、交织和复用以后，产生的数据流按照先后顺序直接映射 到物理信道上。i - c d m a 系统中的物理信道定义为一个特定的载频、扰码、信道 化码、起始时间( 或时间长度) 和一个上行相对相位( o 或n1 2 ) 的组合。时间长度以 整数个码片来标识。物理信道分为上行物理信道和下行物理信道，上行和下行又 各自分为专用物理信道和公用物理信道。 从信道模型可以看出，前向信道被细分为前向开销信道开销信道提供b s r 的 参考基准、广播消息以及一些控制信息；业务信道传输用户业务。反向信道的情 况与之类似。3 2 2 节和3 2 3 节分别对前向物理信道和反向物理信道做了详细讨 论。 i - c d m a 空中接口协议中规定的码片有以下几种： 扩频码速率= 1 2 2 8 8 m h z 一码片周期= 8 1 4 n s e c 一码周期= 2 1 5 = 3 2 7 6 8c h i p s 系统基本时隙p o c h ) = 3 2 7 6 8 8 1 4n s e c = 2 6 7m s e c 处理增益= ( c h i p ，s y m b o ls p r e a dr a t e s ) 一前向链路：3 2c h i p s 码元 一反向链路： 第l 列= 8c h i p s 码元 第2 列= 3 2c h i p s 码元 第3 列= 1 2 8c h i p s 码元 业务信道调制= q p s k ( 2b i t s ，码元) 3 2 2 前向物理信道 3 2 2 1 前向导频信道( p i l o t ) 导频信号为所有其它前向信道提供相干解调的参考相位。导频总是使用固定 功率发射，使得t a u 通过测定特定的导频链路性能参数，作为前向链路功率控制 的参考，并将结果反馈。所有b s r 都是同步的，用不同的短码偏置区分到达t a u 的各个b t s 信号。由图3 3 所示，导频信号是由一个b p s k 波组成，使用特定的0 号g u t l e b e r 码。它使用短码，且没有进行数据调制。 西北丁业大学硕上论文：移动宽带互联网l c d m a 解决方案的研究与实现 f p i l o t 数据 ( 全“0 ”) 图3 3 导频信号的产生 3 2 2 2 前向寻呼信道( f p c h ) 前向寻呼信道是个广播信号，该信号将系统范围内的控制信息和寻呼信息传 送给t a u 。图3 4 是前向寻呼信道帧结构。 1 一s l o t0 叫+ 一s l o t 1 一 f o n v a r ds l o tr e v e r s es l o t l ： l ： l i a s s i g n m e n t s ： i a s s i g n m e n t s ： i i l l1i 卜一e p o c h 1 i 面叫 图3 4 前向寻呼信道帧结构 寻呼信道消息在寻呼信道体中传输，每周期( e p o c h ) 传递两个f e c ( t p c ) ， 每时隙有一个6 8 4 比特的消息。f p c h 由一对q p s k 波组成，采用特定的3 0 号 3 1 号g u t l e b e r 码。 3 2 2 3 前向业务信道( f t c h ) 前向业务信道是一多速率级的信号，当到某t a u 的前向i p 数据排起队时由连 接此t a u 的b s r 指定需求这样的信号。一旦分配了一个f t c h ，到此t a u 的控制信 息也会由此信道传送。 业务波束可通过对、两对( 最多可达1 4 对) f t c h 信道接入。例如，使用 3 对信道( 6 个独立的码) ，信息流的每6 比特以相同的g 码传输。f t c h 信道由 1 4 对或更多q p s k 波组成，可使用未被其它信道使用的任意g 码。 3 2 2 4 前向保持信道( f m c h ) 前向保持信道用来为t a u 提供反馈信息，以调整其反向链路功率与定时。所 做的调整是建立在b t s 测定的反向链路质量的基础上。该信道使用分配到特定t a u 上的t d m 时隙。从图3 。5 可以看出，每信道有6 4 ( 1 2 8 ) 个独立的t d m 时隙，每 一个时间周期每时隙进行2 ( 1 ) 次更新，每时隙持续2 0 8 p 。s 。在r h c h 与f m c h 之 间的时隙进行一对一的通信，必要时f h 根据b s r 报告的链路质量情况进行调整。 1 4 西北t 业大学硕士论文：移动宽带互联嘲i - c d m a 解决方案的研究与实现 这使a t 的正交反向链路的定时和功率得到优化，始终保持在同一功率水平。 图3 5 前向保持信道模型与帧结构 3 2 4 反向物理信道 3 。2 。4 1 随机接入信道( r a c h ) t a u 使用r a c h 初始化b t s 信息、响应寻呼信号、消息确认( 当无指定r t c h 时) 。t a u 测定的前向链路质量也由此信道返回。 3 2 4 2 反向业务信道( r t c h ) 反向业务信道是一多速率级的信号，当到某t a u 的前向i p 数据排起队时由连 接此t a u 的b t s 指定需求这样的信号。一旦分配了一个f t c h ，到此t a u 的控制信 息也会由此信道传送 3 2 4 3h e a r t b e a t 信道( h b c h ) 当t a u 连接到b t s 却又没有分配f t c h 或r t c h 时，使用h b c h 。该信号使用分 配到特定t a u 上的t d m 时隙。f m c h 与h b c h 时隙之间有一一对应关系。h b c h 允许 b t s 测定接收功率和时问偏置，并提供f m c h 的反馈信息，以备需要调整时使用。 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联网 - c d m a 解决方案的研究与实现 这种双向交互使t a u 的功率和定时足够接近，使得r t c h 的快速分配成为可能。 由图3 6 可见，每对信道有6 4 ( 或1 2 8 ) 个独立的丁d m 时隙。4 8 ( 或9 6 ) 个时隙分配给了使用用户，另1 6 ( 或3 2 ) 个未分配，作为保留为激活状态的用 户用。每一个时间周期每时隙进行2 ( 1 ) 次更新，每时隙持续2 0 8 p s 。 r h c h 使用g u t l e b e r 码( 7 ，3 ，0 ) 和( 7 ，3 ，1 ) ，分别为“准备就绪，待命状态” 和“进入激活状态”而保留。另外也可选择g u t l e b e r 码( 7 ，3 ，2 ) 和( 7 ，3 ，3 ) 做此用 途。 图3 ，6h e a r t b e a t 信道帧结构 3 2 4 4 反向维持信道( r m c h ) 反向维持信道是在t a u 分配了f t c h 而没有分配到r t c h 时使用。如果在r a c h 上的确认不太频繁，这就保证了前向链路质量的t a u 测定频繁发生。该信号使用 与指定的f t c h 相一致的t d m 时隙。 3 2 5i - c d m a 物理层独特性能小结 采用前向纠错：能自动优化用户数据速率以适应射频环境的改变。 采用q p s k 调制得直扩序列码：已证实在异地通信时是功率带宽比高效的物理 层技术。 正交反向链路：能减小干扰，增加反向链路用户数。 反向保持信道：为b s r 提供a t 测量的前向链路测量信息，为容量管理和闭环 功率控制提供信道优化和码速管理支持。 反向h e a r t b e a t 信道：提供高速无线交换技术，增加a t 的吞吐量。 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联嘲i - c d m a 解决方案的研究与实现 3 3l - c d m a 链路层 i c d m a 链路层在功能上分为链路接入控制子层和媒体接入控制子层。链路接 入控制子层提供二层信号和i - c d m a 数据服务之间的转换；媒体控制接入子层提供 所有协议与物理信道之间的连接。 3 3 1 媒体接入控制子层服务与功能( m a c ) 媒体接入控制子层位于空中接口的物理层之上，是数据链路层的一个子层， 它屏蔽了物理层传输媒质的特性，为高层提供了使用物理介质的手段。高层通过 m a c 提供的逻辑信道来传输数据。m a c 根据物理介质的特性将这些信息映射到物理 层提供的传输信道上，并为每一个传输信道选择合适的传输格式。 m a c 子层提供逻辑信道上的数据传输服务。针对不同类型的数据传输服务， 协议中定义了一组不同类型的逻辑信道，每一种逻辑信道类型都是根据它所传输 的信息类型定义的：传输控制信息的信道称为控制信道；传输业务信息的信道称 为业务信道。 物理层提供给上层的服务接入点表现为一系列传输信道，m a c 层负责这些传 输信道的调度和使用，具体协议功能的执行是由m a c 实体来完成的。 3 3 2 链路接入控制子层服务与功能( l a c ) 链路接入控制子层位于链路层靠近网络层的部分，利用m a c 子层为高层提 供可靠的数据传输业务。 在移动通信系统中，用户的位置是随时变化的，这就造成了t a u 和网络之间 连接的移动性，因而数据的传输也就不再是连续的了。另外由于无线电传播环境 的恶劣性，不可避免会造成数据的丢失，因此如何避免丢失、保证数据能可靠传 输就是一个必须要考虑的问题。 在t a u 的连接保持不变的情况下，要求b s r 防止数据丢失( 例如当无线接 口上有切换发生时) ，这对l a c 子层的一个基本要求是提供重传功能。 接入控制子层向高层提供的服务主要包含两方面，一个是连接的建立与释放， 另外就是负责向高层传输数据。 接入控制子层的功能包括分段重组、串接、填充、用户数据传输、重复检测、 纠错、流量控制、协议错误检测和恢复、加密。 分段重组根据实际传输格式集调整传输单元大小，执行变长的高层业务数据 单元的分段重组功能。 串接与填充是指当一个传输单元的内容不能填满时，下一个字段将串接上来； 当为使用串接机制且剩余数据不足以填满给定长度的传输单元时，数据域的剩余 西北工业大学硕士论文：移动宽带互联网i - c d m a 解决方案的聊填与实现 比特将以填充比特代替。 重复检测功能检测接收到的协